防開裂韌性面實(shí)木復(fù)合地板涂裝工藝?

王艷偉 何嘯宇 李小科 姜 俊 楊志武

（1.久盛地板有限公司，浙江 南潯 313009；2.湖州市檢驗(yàn)檢測(cè)中心，浙江 南潯 313009）

實(shí)木復(fù)合地板是一種以實(shí)木拼板、單板或膠合板為芯層或底層基材，以實(shí)木拼板或單板（含重組裝飾板）為裝飾貼面，經(jīng)組合疊拼組坯層壓加工制成的地面裝飾材料[1-3]。基材通常由軟質(zhì)木材組成，常用的材種有桉木、楊木、松木等；表層貼面多是闊葉硬木單板[4]，常用的有紅橡、印茄木、柚木、黑胡桃、水曲柳等；底層由單板組成，材種多為楓木等。

實(shí)木復(fù)合地板外觀、腳感、舒適性與實(shí)木地板差異較小，兩者導(dǎo)熱效能較為接近[5]，除上述優(yōu)勢(shì)外，實(shí)木復(fù)合地板基材質(zhì)地更均勻，各層拼板紋理相互垂直，克服了天然木材各向異性的缺陷，具有更高的尺寸穩(wěn)定性[6-7]。同時(shí)，實(shí)木復(fù)合地板基材多為軟質(zhì)、劣質(zhì)木材組成，提高了木質(zhì)資源利用率，具有相對(duì)強(qiáng)化地板能源、膠黏劑消耗少，TVOC釋放量低[8]等優(yōu)點(diǎn)，因此實(shí)木復(fù)合地板被廣泛應(yīng)用于民用建筑供暖工程中[9]。

為提高實(shí)木復(fù)合地板的視覺效果與質(zhì)感，保護(hù)基材，延長(zhǎng)地板使用壽命，一般通過表面涂飾油漆，在地板表層形成高硬度、高耐磨、抗刮擦、易清潔、光潔度高的漆膜，使地板可以長(zhǎng)時(shí)間保持尺寸穩(wěn)定，增加其使用壽命[10]。但當(dāng)實(shí)木復(fù)合地板處于溫度濕度變化較大的環(huán)境（如地?zé)岘h(huán)境），由于漆膜與基材對(duì)于變形量的適應(yīng)性不同[11-12]，會(huì)出現(xiàn)類似圖1 所示的表面開裂現(xiàn)象，影響地板的外觀質(zhì)量與使用壽命。目前業(yè)內(nèi)對(duì)于該現(xiàn)象的主要解決思路是針對(duì)實(shí)木復(fù)合地板基材進(jìn)行穩(wěn)定化處理，以減少其干縮濕脹時(shí)的尺寸變化[13]。除此方法外，還可以利用具有較高韌性的涂料對(duì)地板表面進(jìn)行涂飾[14]，減少因地板基材尺寸變化而產(chǎn)生的漆膜開裂問題。UV涂料是一類成膜速度快、應(yīng)用范圍廣、污染排放小的涂料[15]，常被應(yīng)用于地板涂裝、家具制造[16]。本研究擬對(duì)比普通UV底漆和韌性UV底漆涂飾的實(shí)木復(fù)合地板，分析不同涂飾工藝對(duì)實(shí)木復(fù)合地板防開裂等性能的影響。

圖1 表面漆膜開裂的實(shí)木復(fù)合地板Fig.1 Cracking case of film on the surface of engineeredwood flooring

1 材料與方法

1.1 材料

1）3 種不同材種面板的實(shí)木復(fù)合地板坯料（基材均為楊木膠合板）自制，面板層分別為紅櫟（Quercus rubraL.）、樺 木（Betula platyphyllaSuk.）、硬槭木（Acer saccharumMarsh.）。每個(gè)材種坯料試件數(shù)量52 片，結(jié)構(gòu)如圖2 所示，坯料規(guī)格：910 mm×132 mm×15.2 mm。

圖2 實(shí)木復(fù)合地板坯料結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of engineered flooring blank

2）UV漆，型號(hào)及參數(shù)如下：

（1）韌性底漆：黏度（室溫）8 000～10 000 mPa·s，固體含量≥90%，聯(lián)合開發(fā)；

（2） 普通底漆：型號(hào)12803811，黏度（室溫） 3 200～3 600 mPa·s，固體含量≥97%，江蘇海田技術(shù)有限公司；

（3） 耐磨底漆：型號(hào)H-D5300，黏度（室溫） 6 500～7 500 mPa·s，固體含量≥97%，江蘇海田技術(shù)有限公司；

（4） 高彈面漆：型號(hào)FG-129200，黏度（ 室溫）8 000～9 500 mPa·s，固體含量≥88%，江蘇海田技術(shù)有限公司。

1.2 設(shè)備

所用儀器設(shè)備如表1所示。

表1 儀器設(shè)備表Tab.1 The experimental equipment

1.3 試驗(yàn)方法

1）板坯含水率調(diào)節(jié)：通過恒溫恒濕箱將不同材種貼面的實(shí)木地板坯料各26片的初始含水率調(diào)至(20±1)%，用于干縮試驗(yàn)；另外各26片地板坯料的初始含水率調(diào)至(5±1)%，用于濕脹試驗(yàn)。

2）板坯定厚：采用精砂機(jī)對(duì)地板坯料的面板層進(jìn)行砂光，定厚至(15±0.1) mm。

3）表面涂飾：將1）中制得的26片坯料均分為2組（每組13片），按圖3工藝進(jìn)行涂飾，區(qū)別在于涂層工藝不同，分別以韌性底漆、普通底漆進(jìn)行涂飾，見圖3線框中標(biāo)記。

圖3 實(shí)木復(fù)合地板表面涂裝工藝Fig.3 Painting technology of engineered wood flooring

4）干縮/濕脹試驗(yàn)：將涂飾完成后所制成的地板置于恒溫恒濕箱中。干縮試驗(yàn)所用地板置于溫度40 ℃，相對(duì)濕度30%環(huán)境下；濕脹試驗(yàn)所用地板置于溫度40 ℃，相對(duì)濕度90%環(huán)境下。

5）以2 d為一個(gè)周期，測(cè)量地板寬度方向尺寸、質(zhì)量、開裂條紋數(shù)量，持續(xù)測(cè)定30 d。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 含水率測(cè)定

含水率測(cè)定采用絕干法。在試驗(yàn)中記錄地板質(zhì)量mn，待30 d測(cè)試試驗(yàn)完成后，測(cè)量其絕干質(zhì)量ma。

計(jì)算公式如下：

式中：mn和ma分別為試驗(yàn)過程地板質(zhì)量和絕干質(zhì)量，精確至0.01 g；W為含水率，精確至0.1%。含水率取相應(yīng)各試驗(yàn)組的平均值。

1.4.2 寬度方向尺寸變化率

本部分參照GB/T 18103—2013《實(shí)木復(fù)合地板》中6.2.2.2 進(jìn)行檢測(cè)，獲得地板相應(yīng)3 處的寬度Wa、Wb、Wc，并計(jì)算得到其平均值作為該地板寬度Wavg，其中將試驗(yàn)開始前測(cè)量計(jì)算所得的地板平均寬度作為初始平均寬度W0。

計(jì)算公式如下：

式中：Wa、Wb、Wc分別為按照GB/T 18103—2013 規(guī)定測(cè)定的3 處地板寬度，mm；Wavg為地板平均寬度，mm；W0為地板初始寬度，mm；ΔW為地板寬度方向尺寸變化率，%。

1.4.3 漆膜附著力

漆膜附著力參照GB/T 18103—2013 中6.3.5 的方法進(jìn)行取樣，并根據(jù)GB/T 4893.4—2013《家具表面漆膜理化性能試驗(yàn) 第4 部分附著力交叉切割測(cè)定法》進(jìn)行漆膜附著力檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 涂飾工藝對(duì)寬度方向尺寸變化率的影響

如圖4所示，在濕脹試驗(yàn)中，紅櫟、樺木及硬槭木貼面的實(shí)木復(fù)合地板的平衡后寬度方向尺寸變化率分別為：0.43%/0.38%、0.50%/0.46%、0.60%/0.53%（普通底漆/韌性底漆）。在干縮試驗(yàn)中，上述3種實(shí)木復(fù)合地板的平衡后尺寸變化率分別為：1.05%/0.98%、0.75%/0.69%、0.89%/0.82%。普通底漆涂飾的地板尺寸變化率略大于韌性底漆涂飾的地板，這與后期漆膜開裂有關(guān)，具體參見文中2.3 部分結(jié)合圖6的說明。

圖4 不同涂飾工藝的寬度方向尺寸變化率Fig.4 Dimensional change rate in width of engineered wood flooring with different painting

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在相同涂飾工藝條件下，濕脹試驗(yàn)寬度方向尺寸變化率為：硬槭木>樺木>紅櫟；干縮試驗(yàn)尺寸變化率：紅櫟>硬槭木>樺木?？梢?，不同材種貼面實(shí) 木復(fù)合地板的尺寸變化存在一定差異。

2.2 涂飾工藝與漆膜附著力的關(guān)系

本試驗(yàn)檢測(cè)了實(shí)木復(fù)合地板在含水率為12%時(shí)的漆膜附著力，結(jié)果如圖5 所示，地板的初始漆膜附著力等級(jí)在濕脹試驗(yàn)中均為0 級(jí)，干縮試驗(yàn)中則均為1 級(jí)；含水率達(dá)到12%后，各地板試樣的漆膜附著力均出現(xiàn)一定程度的下降。實(shí)木復(fù)合地板是木質(zhì)材料，漆膜是一種疏水高聚物，水分對(duì)二者尺寸的影響存在較大差異，在地板含水率改變后，涂料與地板的界面之間產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力，該部分內(nèi)應(yīng)力會(huì)抵消漆膜附著力，導(dǎo)致漆膜附著力下降[17-18]。將圖5 中同材種貼面、同試驗(yàn)環(huán)境的地板漆膜附著力進(jìn)行比較，韌性底漆涂飾地板的漆膜附著力始終大于普通底漆涂飾地板，表明韌性底漆通過吸收部分能量，減少了漆膜界面產(chǎn)生破壞的可能性，一定程度上改善了漆膜附著力下降的現(xiàn)象[19]。

圖5 不同涂飾工藝實(shí)木復(fù)合地板的漆膜附著力等級(jí)Fig.5 The film adhesion grade of engineered wood flooring with different painting

比較同材種貼面、相同涂飾工藝的實(shí)木復(fù)合地板干縮/濕脹試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干縮試驗(yàn)所得漆膜附著力小于濕脹試驗(yàn)。該現(xiàn)象與地板基材涂飾前的含水率有關(guān)，一般木材的涂飾要求為含水率小于等于15%[20]，而干縮試驗(yàn)所用地板基材的初始含水率達(dá)到了20%，高含水率阻礙了漆膜的形成，降低了涂料與木材之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)致漆膜附著力下降。

2.3 不同涂飾工藝的漆面防開裂性能

涂飾工藝對(duì)于漆面的防開裂性能影響較大，圖6統(tǒng)計(jì)了濕脹和干縮試驗(yàn)中漆面平均裂紋數(shù)量。在濕脹試驗(yàn)中的最終裂紋數(shù)量排序?yàn)椋河查誓?樺木>紅櫟；干縮試驗(yàn)中則為：紅櫟>硬槭木≥樺木。裂紋數(shù)量多少與2.1 中尺寸變化率大小基本保持一致，裂紋數(shù)量越多對(duì)應(yīng)材種的地板尺寸變化率越大，而以韌性底漆涂飾工藝涂裝的地板均未出現(xiàn)漆面開裂的現(xiàn)象。

圖6 不同涂飾工藝的實(shí)木復(fù)合地板漆面防開裂性Fig.6 The anti-cracking property of the film of engineered wood flooring with different painting

在圖4 中黑色實(shí)線標(biāo)記處，普通底漆涂飾地板的含水率與尺寸變化率發(fā)生了較大變化，其時(shí)間與圖6相應(yīng)地板裂紋出現(xiàn)時(shí)間接近，說明普通底漆涂飾的地板在濕漲/干縮試驗(yàn)中分別出現(xiàn)了如圖7（a）、（b）所示的開裂現(xiàn)象[21]。當(dāng)漆膜出現(xiàn)裂紋后，其對(duì)地板的保護(hù)作用降低，地板與空氣中水分交換速度加快，水分更加容易進(jìn)入或釋放，使地板的含水率增加或減少，導(dǎo)致相應(yīng)的尺寸增大或減小。韌性底漆涂層的存在，使漆面具有一定的延展能力，能一定程度上適應(yīng)地板基材的尺寸變化，因此未發(fā)生開裂現(xiàn)象，水分無法發(fā)生快速交換，無開裂的韌性底漆涂飾地板含水率、尺寸變化率均低于普通底漆涂飾的地板。因此，漆膜在滿足硬度、耐磨性等要求的同時(shí)還應(yīng)具有一定的韌性，以適應(yīng)地板基材的尺寸變化，防止漆面開裂。

圖7 漆膜開裂示意圖Fig.7 The sketch diagrams of film cracking modes

3 結(jié)論與展望

本研究以普通底漆和韌性底漆涂飾實(shí)木復(fù)合地板為研究對(duì)象，對(duì)比分析了不同涂飾工藝對(duì)實(shí)木復(fù)合地板防開裂等性能的影響，得出以下結(jié)論：

1）地板的尺寸變化會(huì)導(dǎo)致表面漆膜產(chǎn)生裂紋，漆面開裂，進(jìn)而導(dǎo)致地板起拱變形、拼裝離縫等質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響地板外觀及使用壽命。在漆膜涂層中引入韌性底漆涂層，能夠在較為極端的環(huán)境中有效防止地板漆面的開裂。

2）漆膜附著力隨著復(fù)合地板含水率變化的增大而逐漸降低。韌性底漆涂飾地板的漆膜附著力降低程度遠(yuǎn)低于普通底漆，因而韌性底漆涂層可以提高漆膜附著力，防止漆膜出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

3）韌性底漆涂層使漆面具有一定的延展收縮性，進(jìn)而能適應(yīng)地板基材的尺寸變化，而普通漆面不具有該性能，因而漆膜易發(fā)生開裂，進(jìn)而使地板可以和空氣中的水分發(fā)生快速交換，最終在宏觀上表現(xiàn)為發(fā)生鋪裝質(zhì)量問題[22]。因此漆面在滿足耐磨性、硬度等技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)應(yīng)兼具一定的韌性，以提高實(shí)木復(fù)合地板品質(zhì)。

實(shí)木復(fù)合地板的外觀、觸感與實(shí)木地板類似，檔次及品位明顯高于強(qiáng)化地板，而價(jià)格遠(yuǎn)低于實(shí)木地板，具有明顯的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。在崇尚健康環(huán)保、追求高質(zhì)量生活的今天，木質(zhì)地板基材用膠黏劑也應(yīng)順應(yīng)市場(chǎng)消費(fèi)需求，向無毒化、環(huán)保化方向發(fā)展[23-24]，大豆膠等無醛膠產(chǎn)品受到科研機(jī)構(gòu)和大專院校的高度重視[25]?？梢灶A(yù)見，隨著我國(guó)房地產(chǎn)精裝修的發(fā)展及其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的提高，具有超強(qiáng)防開裂性能、高尺寸穩(wěn)定性[26]、健康環(huán)保等特性的實(shí)木復(fù)合地板將成為該類產(chǎn)品的發(fā)展方向。